一种时间-空间差分的GPS/SINS超紧组合导航方法

摘要

本发明属于组合导航的技术领域，涉及一种时间‑空间差分的GPS/SINS超紧组合方法。本发明包括利用捷联惯导的输出信息预测载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值；利用GPS接收机输出信息计算载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值；将步骤一和步骤二中得到的载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值作差，作为系统模型的量测；利用卡尔曼滤波器估计系统状态，利用估计结果校正惯性元件误差和捷联惯导解算的导航信息；利用校正后的导航信息计算多普勒频移，并输入接收机对其进行校正。本发明提高了系统的导航精度，降低了系统的计算量和复杂性。

主权项

一种时间‑空间差分的GPS/SINS超紧组合导航方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：利用捷联惯导的输出信息预测载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值；步骤二：利用GPS接收机输出信息计算载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值；步骤三：将步骤一和步骤二中得到的载波角速度误差的时间‑空间差分观测值和初相位误差的时间‑空间差分观测值作差，作为系统模型的量测：所述步骤三包括：施加扰动得到系统的量测方程为：$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\delta \chi }}_{\theta }^n=A\{{\mathrm{\delta \Delta P}}_{SINS}^n+[{\mathrm{\delta C}}_b^n\left(t_2\right)-{\mathrm{\delta C}}_b^n\left(t_1\right)]l^b+[C_b^n\left(t_2\right)-C_b^n\left(t_1\right)\left]{\mathrm{\delta l}}^b\right\}+{\mathrm{\delta \eta }}_{\theta }\\ {\mathrm{\delta \chi }}_{\omega }^n=B\{{\mathrm{\delta \Delta v}}_{SINS}^n+[{\mathrm{\delta C}}_b^n\left(t_2\right){\omega }_{ib}^b\left(t_2\right)+C_b^n\left(t_2\right){\mathrm{\delta \omega }}_{ib}^b\left(t_2\right)-{\mathrm{\delta C}}_b^n\left(t_1\right){\omega }_{ib}^b\left(t_1\right)-C_b^n\left(t_1\right){\mathrm{\delta \omega }}_{ib}^b\left(t_1\right)]\times l^b+\\ [C_b^n\left(t_2\right){\omega }_{ib}^b\left(t_2\right)-C_b^n\left(t_1\right){\omega }_{ib}^b\left(t_1\right)]\times {\mathrm{\delta l}}^b\}+{\mathrm{\delta \eta }}_{\omega }\end{array}\right.$其中，$\left\{\begin{array}{c}A=(2\pi f/c){\left\{C_e^n\left(t_2\right)\right[e^{\left(j\right)}\left(t_2\right)-e^{\left(m\right)}\left(t_2\right)\left]\right\}}^T\\ B=(2\pi /\lambda ){\left\{C_e^n\left(t_2\right)\right[e^{\left(j\right)}\left(t_2\right)-e^{\left(m\right)}\left(t_2\right)\left]\right\}}^T\end{array}\right.$e(t)为视线向量，δη_θ和δη_ω为量测噪声；l^b为杆臂对位置测量的影响在载体坐标系b下的投影；δl^b为状态方程中的杆臂误差δl＝[δl_x δl_y δl_z]^T，δl_x、δl_y、δl_z分别代表x、y、z三个方向陀螺的杆臂误差分量；和即为状态变量中的速度误差δv＝[δv_E δv_N δv_U]^T和位置误差δp＝[δL δλ δh]^T；即陀螺常值漂移ε₀＝[ε_0x ε_0y ε_0z]^T；姿态误差角ψ＝[ψ_E ψ_N ψ_U]^T，ψ(t₂)‑ψ(t₁)用Δtε₀近似得到相关方程：为载波角速度误差的时间‑空间差分观测值；为载波初相位误差的时间‑空间差分观测值；将步骤一和二中得到的结果作差就得到量测即当观测的卫星数目大于2时，分别对两颗不同的卫星进行时间‑空间差分，量测为Z＝[(Z^j,m)^T (Z^j,q)^T … (Z^m,q)^T]^T，其中j，m，q为卫星编号,量测方程为：Z(t)＝H(t)X(t)+η(t)，f是载波L1的频率，t₁和t₂是两个相邻时刻；时间间隔为Δt；δL、δλ、δh分别代表经度误差、纬度误差和高度误差；δv_E、δv_N、δv_U分别代表东向速度误差、北向速度误差和天向速度误差；ψ_E、ψ_N、ψ_U分别代表东、北、天三个方向姿态误差角；为SINS预测的载波初相位误差的时间‑空间差分观测值；为SINS预测的载波角速度误差的时间‑空间差分观测值；为GPS计算载波初相位误差的时间‑空间差分观测值；为GPS计算载波角速度误差的时间‑空间差分观测值；ε_0x、ε_0y、ε_0z分别代表x、y、z三个方向陀螺的常值漂移；为载体相对于惯性坐标系i的角速度在b系下的投影；为由载体系b到导航坐标系n的转换矩阵，λ为载波L1的波长；c为光速；为由地心地固坐标系到导航坐标系的坐标变换矩阵；步骤四：利用卡尔曼滤波器估计系统状态，利用估计结果校正惯性元件误差和捷联惯导解算的导航信息；步骤五：利用校正后的导航信息计算多普勒频移，并输入接收机对其进行校正。